(57)【要約】【課題】反応容器内側の耐火物に亀裂が生じたとしても、ガスホットバイパスの発生や、耐火物が反応容器内部に剥落することを防止できる構造の高温高圧反応容器を提供することを目的としている。【解決手段】本発明に係る高温反応用反応容器は、一端に反応原料導入口と、他端に反応生成物取出口とを備えた筒型の高温反応用反応容器であって、該反応容器は金属製外筒と、耐火物からなる中筒と、中筒の内側に内筒とを有することを特徴としている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に反応原料導入口と、他端に反応生成物取出口とを備えた筒型の高温反応用反応容器であって、
該反応容器は金属製外筒と、耐火物からなる中筒と、中筒の内側に内筒とを有することを特徴とする高温反応用反応容器。
【請求項２】
反応原料導入口と反応生成物取出口との間に触媒層を設け、反応原料導入口と触媒層との間に逆火防止手段を配設したことを特徴とする請求項１に記載の高温反応用反応容器。
【請求項３】
内筒に熱膨張の吸収手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の高温反応用反応容器。
【請求項４】
内筒が、ニッケル基耐熱合金または鉄系耐熱材料からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高温反応用反応容器。
【請求項５】
内筒の耐熱温度が９００℃以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の高温反応用反応容器。
【請求項６】
反応原料が天然ガスであり、反応生成物が合成ガスであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の高温反応用反応容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応容器に関し、さらに詳しくは高温高圧条件下での反応に特に適した高温反応用反応容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタンを主体とした天然ガスから、合成ガス（水素＋一酸化炭素）を合成する反応としては、下記のような、発熱反応である部分酸化反応や、吸熱反応であるスチームリフォーミング反応がある。
【０００３】
部分酸化反応：
２ＣＨ４  ＋  Ｏ２  →  ２ＣＯ  ＋  ４Ｈ２
スチームリフォーミング反応：
ＣＨ４  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ  ＋  ３Ｈ２
合成ガスの生成反応においては、反応温度は９００〜１４００℃、反応圧力は７０ｋｇ／ｃｍ２程度となることがある。
【０００４】
このような高温高圧反応に対応した反応容器としては、外部の金属容器で高圧を支持し、その内部に耐火物を施工した構造の容器が多く用いられている。
【０００５】
しかし、このような構造の反応容器では、加熱冷却を繰り返すうちに、耐火物に亀裂が入ることがある。耐火物に複数の亀裂が入ると、ガスホットバイパス（熱いガスが外部金属容器と耐火物との隙間を通って流れること）が生じ、外部金属側に高温のガスの流路ができて、結果として外部金属部分が高温に達し、外部金属部分の強度が落ちて破壊したり、極端な場合には溶解したりすることもある。また、耐火物に亀裂が入った結果、耐火物が剥落することもある。剥落した耐火物は、上記反応において触媒を用いた場合には、触媒に対して、触媒毒として作用することもある。
【０００６】
近年、耐火物施工法が確立されつつあり、ガスホットバイパスや耐火物の剥落が生じる可能性は少なくなってきてはいるが、その可能性はなお残っている。
【０００７】
このため、たとえば特許文献１では、このような高温高圧反応容器における耐火物の改善に関する発明が提案されている。
【０００８】
しかし、どのような耐火物を用いたとしても、加熱冷却を繰り返す回数にはおのずから限界があり、最終的には亀裂の発生を防ぐことは実質的には不可能である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２２０２９０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明では、耐火物に亀裂が生じたとしても、ガスホットバイパスの発生や、耐火物が反応容器内部に剥落することを防止できる構造の高温反応用反応容器を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高温反応用反応容器は、
一端に反応原料導入口と、他端に反応生成物取出口とを備えた筒型の高温反応用反応容器であって、
該反応容器は金属製外筒と、耐火物からなる中筒と、中筒の内側に内筒とを有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の高温反応用反応容器においては、反応原料導入口と反応生成物取出口との間に触媒層を設け、反応原料導入口と触媒層との間に逆火防止手段が配設されてなることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の反応容器は、内筒に熱膨張の吸収手段を有することが好ましい。さらに、内筒が、ニッケル基耐熱合金または鉄系耐熱材料からなることが好ましく、また内筒の耐熱温度は９００℃以上であることが好ましい。
【００１４】
このような本発明の高温反応用反応容器は、天然ガスを反応原料とした、合成ガスの製造に特に好ましく用いられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高温反応用反応容器について、具体的に説明する。
【００１６】
本発明に係る高温反応用反応容器１０は、図１に示すように、一端に反応原料導入口５と、他端に反応生成物取出口４とを備え、金属製の外筒１、耐火物からなる中筒２、中筒２の内側に設けられた内筒３を有する。
【００１７】
外筒１は、反応時の高圧を支持する金属製の筒であり、その材質は特に限定はされないが、価格や入手の容易性などの点から比較的肉厚のクロム・モリブデン鋼またはステンレス鋼などが好ましく用いられる。外筒１の厚みは、その材質により様々であるが、一般的には５〜８０ｍｍ、特に１０〜３０ｍｍ程度が好適である。
【００１８】
中筒２は、反応時の高熱から外筒を保護するものであり、耐火物からなる。耐火物としては、特に限定はされず種々の耐火物が用いられる。中筒２の厚みは、その材質により様々であるが、一般的には５０〜５００ｍｍ、特に１００〜３００ｍｍ程度が好適である。
【００１９】
中筒２の内側には内筒３が設けられている。内筒３は反応時の高温に対して耐性を有し、熱サイクルに曝露された場合であっても剥落することのない材質であれば特に限定はされないが、好ましくは高融点金属からなる。高融点金属としては、たとえばニッケル基耐熱合金または鉄系耐熱材料が好ましい。このような高融点金属のさらに具体的な例としては、スペシャル・メタルズ・コーポレーション社製、インコロイＴＭ、インコネルＴＭ、あるいは三菱マテリアル社製、ハステロイＴＭなどを例示することができる。また、内筒３の耐熱温度は、好ましくは９００℃以上、さらに好ましくは９００〜１４００℃の範囲のある。ここで、耐熱温度とは、内筒３の変形や著しい強度低下が発生せず、また内筒３の構成材料と反応容器内容物（反応物、触媒）とが相互反応を起こしえない最高温度を意味する。
【００２０】
内筒３の厚みは、その材質により様々であるが、一般的には１〜１０ｍｍ、特に１〜６ｍｍ程度が好適である。このような内筒３を設けることで、中筒２を構成する耐火物に亀裂が入ったとしても、高温ガスは内筒３で遮断され反応帯域から外部に流出することはない。したがって、前述したようなガスホットバイパスが生じることもない。また、耐火物に多数の亀裂が入った場合であっても、耐火物が反応帯域に剥落することはなく、反応に悪影響を及ぼすこともない。
【００２１】
本発明の高温反応用反応装置１０の大きさは、プラントの規模や、目的とする合成反応により様々であるが、一般的には、内筒３の全長は１．０〜１０．０ｍ、特に１．５〜６．０ｍ程度であり、また内筒３の内径は５０〜７０００ｍｍ、特に５００〜３０００ｍｍ程度が適当である。
【００２２】
また、高温反応用反応装置１０は、図示したように、一端に反応原料導入口５と、他端に反応生成物取出口４とを有する。そして、中筒２を構成する耐火物は、内筒３を完全に覆う構造とすることが好ましい。このような構造をとることで完全断熱が可能になる。
【００２３】
本発明の高温反応用反応容器１０では、上記のような構造を採用したため、耐火物に亀裂が発生したとしても、高温ガスが中筒２を構成する耐火物中に流通することがない。したがって、ガスホットバイパスの発生がなくなり、また、耐火物が反応容器内部に剥落することも防止できる。
【００２４】
本発明の高温反応用反応容器１０は、下記のような高温高圧反応に特に好ましく用いられる。
１．天然ガスを原料とした合成ガスの製造
２．水素ガスのリフォーミング
３．オキソガスのリフォーミング
４．メタノール製造用の合成ガスの製造
５．ＧＴＬ（天然ガスからの液体燃料製造）用の合成ガスの製造
これらの反応では、温度が９００〜１４００℃程度、圧力が７０ｋｇ／ｃｍ２程度になる場合もあるが、本発明の高温反応用反応容器１０によれば、上述したように、ガスホットバイパスの発生や、耐火物が反応容器内部に剥落することがないため、安全かつ効率よく反応を行うことができる。
【００２５】
また、本発明の高温反応用反応容器１０においては、目的とする反応の種類に応じ、反応原料導入口５と反応生成物取出口４との間に触媒層６を設け、さらに反応原料導入口５と触媒層６との間に逆火（バックファイア）防止手段７を配設してもよい。
【００２６】
触媒層６を構成する触媒は、目的とする反応の種類に応じ適宜に選択される。
【００２７】
逆火防止手段７としては、容器１０の長手方向に多数の孔を有する耐火物などが用いられる。上記のような天然ガスや水素を原料とした反応では、原料ガスの急激な燃焼によりバックファイアが発生し、容器に損傷を与えることがある。本発明では、逆火防止手段７を配置することで、このようなバックファイアによる容器への悪影響を低減することができる。
【００２８】
また、本発明では、触媒層６と反応生成物取出口４との間に、触媒層保持手段８を設けてもよい。触媒層保持手段は、上述した容器１０の長手方向に多数の孔を有する耐火物であってもよく、またアルミナボール等のセラミックボールであってもよいく、さらにこれらの組み合わせであってもよい。
【００２９】
さらに、本発明の高温反応用反応容器１０においては、内筒３の一部、好ましくは反応原料導入口５と触媒層６との間に、熱膨張吸収手段１１を設けてもよい。
【００３０】
熱膨張吸収手段１１は、内筒３の膨張に起因する容器１０の歪みを低減、解消できるものであれば特に限定はされないが、一般的にはスリーブ構造と呼ばれる構成が好ましく採用できる。スリーブ構造は、図に示したように、内筒３の一部を不連続に形成し、この不連続部の外周に筒状部材１２を配置することで形成される。筒状部材１２は、内筒３の気密性を保ちつつ内筒３の伸縮に対して摺動可能なように取り付けられている。筒状部材１２は、不連続部より上部の内筒３’に固定され、不連続部より下部の内筒３’’に対して摺動可能なように取り付けられていてもよく、また不連続部より下部の内筒３’’に固定され、不連続部より上部の内筒３’に対して摺動可能なように取り付けられていてもよい。さらに、不連続部の外周を覆うように中筒２に固定され、内筒３’、３’’の伸縮に対して摺動可能なように取り付けられていてもよい。筒状部材１２の材質は、内筒３の材質と同様である。
【００３１】
このような熱膨張吸収手段１１を設けておくと、反応温度が高温になり、内筒３が膨張したとしても、膨張による変形が熱膨張吸収手段１１で吸収されるので、中筒２に過剰な変形応力が加わることを防止できる。
【００３２】
【発明の効果】
このような本発明によれば、耐火物に亀裂が発生したとしても、ガスホットバイパスの発生や、耐火物が反応容器内部に剥落することを防止できる構造の高温高圧反応容器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高温反応用反応容器の概略断面図を示す。
【符号の説明】
１…外筒
２…中筒
３…内筒
４…反応生成物取出口
５…反応原料導入口
６…触媒層
７…逆火防止手段
８…触媒層保持手段
１０…高温反応用反応容器
１１…熱膨張吸収手段
１２…筒状部材
【図１】
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